在暖通空调系统中使用100%的室外空气更安全，但成本更高，能耗更高。普渡大学的工程师(从左到右)大卫·沃辛格、安德鲁·菲克斯和詹姆斯·布劳恩正在研究一种节能系统，该系统利用薄膜在室外空气进入暖通空调系统之前对其进行除湿。学分:普德大学图片/贾里德·派克到目前为止，众所周知，在建筑物中循环室外空气比循环室内空气更安全。这一点在大流行中得到了充分体现。问题是，这不划算。这种情况可能很快就会改变。普渡大学的工程师提出了一种系统，该系统将新的膜技术与最新的暖通空调系统相结合，使100%的室外空气系统更加节能和经济可行，特别是在温暖潮湿的气候中。他们说，他们的系统可以为选择使用更安全室外空气的大型建筑节省高达66%的能源成本。
普渡大学先前的研究表明，暖通空调系统(供暖、通风和空调)是在办公楼、餐馆和飞机等室内环境中传播COVID等空气传播疾病的关键因素。
“大多数人没有意识到现代暖通空调系统的复杂性，”詹姆斯·e·布劳恩说，他是赫里克工程教授和普渡大学高性能建筑中心主任。“室内环境的湿度有一个特定的最佳值——在40%到60%之间。再干一点，人们就不舒服了；再潮湿，你就有发霉和其他问题的风险。”
所以简单地打开窗户不是解决办法。
“如果引入室外空气，建筑物的湿度水平可能会剧烈波动。在温度、湿度、人体舒适度和总体成本之间保持适当的平衡是一项不可思议的挑战。”
布劳恩说，在典型的暖通空调系统中，几乎40%的能量用于空气除湿。这使得室外空气的加热或冷却更加耗能和昂贵。
为了解决这个问题，布劳恩与机械工程助理教授大卫·沃辛格(David Warsinger)合作，他擅长使用膜进行水过滤和脱盐。他们提出了一种称为主动膜能量交换器的系统，该系统将专门的膜集成到暖通空调系统中，以减少对外部空气除湿所需的能量。与目前的全室外空气系统相比，像医院这样的大型建筑使用这种系统可以降低高达66%的能源成本。
他们的研究发表在《应用能源》杂志上。
“膜是关键，”安德鲁·菲克斯说，他是普渡大学机械工程专业的博士生，也是这篇论文的主要作者。我们使用的膜是蒸汽选择性的，这意味着当施加压力差时，它们只允许水蒸气通过，但阻挡空气。通过让空气流过这些薄膜，我们可以从空气中抽出水蒸气，从而降低运行制冷冷却循环的电机和压缩机的负荷。"
为了评估该系统的有效性，该团队使用了太平洋西北国家医院实验室在不同气候条件下创建的计算机模型。医院是理想的测试床，因为它们是大型室内环境，出于安全目的，它们的暖通空调系统通常需要更高比例的室外空气。计算机模型显示，使用主动膜系统的所有地点的能源使用总体减少。更炎热和潮湿的地方——坦帕、休斯顿和新奥尔良——显示出最大的节能效果。
“天气越热越潮湿，我们的系统工作得越好，”菲克斯说。“这是一个关键的发现，因为随着全球气候持续变暖，想要使用100%室外空气的地点现在将能够经济地负担得起。”
研究人员正致力于建立一个物理原型来验证他们的计算机模型。但是现在有比仅仅节约能源更危险的事情。
“我认为COVID给我们所有人敲响了警钟，”菲克斯说。“给我们的建筑供暖和降温不仅仅是温度和湿度的问题，实际上可能是生死攸关的问题。希望这项工作将有助于使我们所有的室内空间更加安全。”
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